停车场内泊位分区优化及路径诱导方法研究

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3.0 刘畅 2024-11-07 4 4 3.61MB 62 页 15积分

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停车场内泊位分区优化及路径

诱导方法研究

摘要

近年来中国经济快速发展，汽车保有量迅速增加，驾车出行的需求增多与紧

缺的停车空间之间的矛盾日趋尖锐，解决停车难的问题成为当代交通人越来越关

注的问题。

为了解决停车难的问题，近十几年我国逐步开始进行停车诱导信息系统的研

究，该系统结合了先进的科学技术手段为驾驶员提供停车场、停车路线等停车需

求信息，帮助驾驶员做出停车判断。该系统在北京、上海、广东等一些大城市逐渐

推广应用并取得了良好的效果。

从诱导的范围上分停车诱导信息系统主要分为停车场外、停车场内诱导两大

部分，本文主要进行停车场内部诱导的研究。

本文首先对停车场内部动态诱导小区的划分进行研究，学习借鉴交通小区划

分以及停车场外部诱导小区划分的原则、方法并分析停车场内部结构特征，总结

整理出一套适合于停车场内部诱导小区划分的原则。从划分原则中提炼出目标原

则（停车场内泊位供需平衡、路段拥挤度最小），剩下的原则作为约束条件建立

停车场内部动态诱导小区划分模型，并应用模拟退火算法对模型进行求解。

其次对停车场内部最优泊位的选择进行研究，通过总结前人的研究成果以及

自己的实地调查分析，最终确定了六个影响最优泊位选择的因素：停车场内部诱

导小区划分方案、行驶距离、步行距离、遮阴时长、安全性、有效泊位两侧泊位被占

用情况。并应用熵的决策理论对不同时刻停车场内部的有效泊位进行最优泊位的

选择。

最后本文在已为驾驶员分配最优泊位的情况下，研究如何将驾驶员快速准确

的诱导到泊位上，即动态最优路径选择问题的研究。文章创建了一种更符合实际

情况的动态实时采集路段行程时间的方法，并应用此方法对停车场内部路段的权

重值进行标定，针对动态的权重值这一特点，最终采用动态规划算法对路径选择

进行计算，确定动态最优路径，并通过算例比较验证了动态路径选择的优越性。

文章最后结合实际情况制定了一套诱导的实际操作方法。

关键词：动态诱导小区划分；最优泊位选择；动态最优路径选择；模

拟退火算法；动态规划算法；

ABSTRACT

In recent years,China’s economic is developing rapidly,and vehicle possession is

increasing quickly.The contradiction between driver’s demand of travelling and

shortage of the parking space are becoming seriously.It became a solved problem for

our traffic people,and we should pay attention to it more and more.

In order to solve the parking problem,nearly ten years,our country gradually start

on parking guidance information system research,this system combines the advanced

science and technology and provides parking lot,parking route etc for the drivers which

helping the driver to stop judgement.This system are gradually applying in

Beijing,Shanghai,Guangzhou and other big cities,and have obtained a good results.

Parking guidance information system are divided into the parking lot outside and

parking lot internal,this paper mainly research in the guidance of parking lot internal.

Fristly,researching for the dynamic induced district division.Learned from traffic

area classification and the parking lot outside induced district division principle,and

analysed the inner structural feature of the parking lot,then sorted out a principle

suitably for parking lot internal induced district division.The supply and demand

balance,the road congestion degree minimum are made as objective function,and some

other principles as constraint conditions,and then building the parking lot internal

dynamic induced district division model,and applied to the simulated annealing

algorithm to find the solution to the model.

Secondly,researching for the optimal berth choice in the parking lot internal.

Through summarizing the research achievements of predecessors and field survey

analysis, the final six influence factors of the optimal berth have been confirmed:the

method of parking lot internal induced district division;driving distance;walking

distance;overshadow duration;safely;the vehicle occupancy situation of available

berth.At last , application of entropy decision theory in different time parking internal

effective berth for the determination of the optimal berth.

Finally,researching for the dynamic best route choice quickly and accurately under

the premise of berth.This paper created a more practically and dynamically method to

collect the road travel time,and used this method calibrated the dynamica road travel

time,because of the characteristic of this method,this paper applyed Dynamic

programming algorithm,and then determined the optimal path.This paper through an

example prover the superiority of the dynamic optimal path method.,and at the last

established a method to realize the parking lot internal guidance.

Keyword: Dynamic induced district division, The optimal berth

choice; Dynamic optimal path choice; Simulation degradation

algorithms; Dynamic programming algorithm.

目  录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪论..................................................................................................................1
1 研究背景和意义.................................................................................................1
2 研究对象及内容.................................................................................................2
2.1 停车诱导信息系统概述..............................................................................2
2.2 研究对象......................................................................................................2
2.3 研究内容......................................................................................................3
3 技术路线图.........................................................................................................5
第二章 国内外研究综述..............................................................................................6
1 国内外实践研究综述.........................................................................................6
1.1 国外实践研究综述......................................................................................6
1.2 国内实践研究综述......................................................................................7
2 国内外理论研究综述.........................................................................................8
2.1 停车需求分析及预测..................................................................................8
2.2 停车场内泊位分区......................................................................................9
2.3 停车泊位选择行为研究..............................................................................9
2.4 停车场内部路径诱导系统........................................................................10
2.5 综合评述及问题总结................................................................................10
3 本章小结...........................................................................................................11
第三章 停车场内动态诱导小区划分模型研究........................................................12
1 各种小区划分方法及划分原则.......................................................................12
1.1 交通小区划分............................................................................................12
1.2 停车诱导小区划分....................................................................................16
1.3 停车诱导分级............................................................................................17
2 停车场内部动态诱导小区划分原则...............................................................18
3 划分模型的构建...............................................................................................19
3.1 目标函数的确定........................................................................................19
3.2 约束条件的确定........................................................................................19
4 划分模型算法研究...........................................................................................21
4.1 多目标优化问题研究................................................................................21
4.2 模拟退火算法在模型中的应用................................................................22
5 算例分析...........................................................................................................26
6 本章小结...........................................................................................................29
第四章 最优泊位选择方法研究................................................................................30
1 不同条件下泊车流程的比较...........................................................................30
1.1 驾驶员自主选择泊位的泊车流程............................................................30
1.2 信息诱导条件下的泊车流程....................................................................31
2 泊位分配主要影响因素...................................................................................31
2.1 主要影响因素分析....................................................................................31
2.2 影响因素的量化表示分析........................................................................34

3 最优泊位选择方法初探...................................................................................35
3.1 选择决策分析............................................................................................35
3.2 灰熵理论简介............................................................................................36
3.3 灰熵理论在最优泊位选择中的应用........................................................37
4 算例分析...........................................................................................................38
5 本章小结...........................................................................................................40
第五章 停车场内动态路径选择诱导研究................................................................41
1 停车场结构分析...............................................................................................41
2 动态权重值标定...............................................................................................42
2.2 动态行程时间的标定方法........................................................................43
2.3 动态权重函数确定....................................................................................44
3 停车路径选择算法研究...................................................................................44
3.1 动态规划算法的基本概念........................................................................44
3.2 动态规划算法在停车路径选择中的应用................................................45
4 算例分析...........................................................................................................47
4.1 静态路径选择计算....................................................................................47
4.2 动态路径选择计算....................................................................................48
4.3 静态路径与动态路径选择结果比较分析................................................50
5 动态路径诱导的实现方法...............................................................................51
6 本章小结...........................................................................................................52
第六章 结论与展望....................................................................................................53
1 主要研究结论...................................................................................................53
2 研究展望...........................................................................................................54
参考文献.....................................................................................................................55
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.........................................59
致  谢...........................................................................................................................60

第一章绪论

一.1 研究背景和意义

近年来中国社会进行着大踏步的前进，科学、教育、经济等各个领域迅猛发展

伴随着社会的不断进步，人们的生活水平不断提高，买车用车的人不断增多，然

而与之相配套的交通设施并没能跟上汽车保有量增长的步伐，其中停车设施的不

完善对城市生活造成的不良影响尤为突出。根据发达国家的经验，汽车行业每增

加1元的产值，可给上游行业带来0.65 元的产值，给下游行业带来2.63 元的产值

[1]。

目前，我国大部分城市都存在车辆乱停乱放的现象，这一现象在大城市尤为

突出，例如我国北方某些城市的重要道路，不仅有路边停车占道的现象，甚至出

现大量车辆停放于道路中央的现象，占道率高达到40%以上。又由于大城市的经

济水平高，人口数量大，乱停乱放、占道等现象对城市造成的经济损失更加不容

忽视。

随着经济的发展，人民的生活越来越富足，中国旅游业发展迅猛，随着汽车

保有量的增加、高速公路建设的完善，自驾游的旅客不断增多，对于该部分旅客

而言停车难成为最头疼的问题。这部分特殊的人群是旅游城市的陌生者，不熟悉

当地的环境，更不了解各个停车场的位置、场内有无泊位等信息。即使本地驾驶员

在对当地停车场十分了解的情况下，能够最终把车停在首选停车场内的成功率也

不高。面对这种情况停车诱导系统便起到了极大的作用。然而，目前我国停车诱导

系统正处于初步发展阶段，如何科学合理的诱导，仍然是一大难题。

关宏志、刘兰辉等人对北京西单地区停车行为调查的分析显示，目前我国停

车场大量存在着停车空间利用的非均衡现象，经调查 92％的受访者表示会利用停

车诱导系统[2]。这个结果说明如果科学地设置 PGIS（Parking Guidance Informat-

ion System）系统的话，有可能收到明显的效果。又由于我国大部分城市的主体规

划建设已经完成，特别是城市中心区用地紧张，停车场既已建成，很难再对它的

物理结构、空间位置进行改变。所以现阶段应该做的是从统筹规划、信息管理的角

度来解决停车难问题，也就是对停车诱导系统进行研究。

对于大部分现有的停车场而言，诱导还处于半人工半智能化的状态，大多以

人工引导为主只能引导为辅。人工引导效率低下，且不能从全局考虑、出错率高。

有些停车场甚至根本没有引导，导致车辆进入停车场后自己寻找泊位，寻不到合

适泊位便不断地迂回在停车场中，迂回寻找产生场内拥堵，场内车辆出不去，场

外车辆进不来，造成停车场出入口拥堵，不断衍生便影响到与出入口相邻的路段

对道路交通产生不良影响，道路拥堵同样又对停车场的出入产生不良影响，如此

恶性循环。

由此可见，对于停车诱导信息系统而言，停车场内部诱导是十分重要的一个

子块，通过对停车场内部诱导的优化可以减少驾驶员进入停车场后寻找泊位、停

放车辆的时间，加快停车场内部的停车周转率增加停车场的利用率，同时对于缓

解停车场外部交通的压力等具有十分重要的意义。

一.2 研究对象及内容

一.2.1 停车诱导信息系统概述

停车场内泊位分区优化及路径诱导方法研究

停车诱导信息系统是采用现代化的信息技术，包括电子、控制、计算机、网络

GPS 等高科技技术，以诱导和预测为关键的基础理论，通过系统工程的方法，将

驾驶员从出发地到目的地的全过程优化，使出行更具有可知性和便捷性的一套诱

导系统 [3,4]。可见停车诱导信息系统是一项公益性的服务体系，通过在合理的时间、

地点预先给驾驶员提供区域内的停车信息，减少驾驶员寻找泊位的盲目性，通过

该系统可以有效调节停车的供给与需求之间的平衡，提高停车设施的利用效率，

改善城市动态交通与静态交通环境。

停车诱导信息系统主要包括出行前的泊位预约系统、出行中的道路信息板诱

导系统以及到达停车场后的停车场内部信息诱导系统。停车诱导信息系统是驾驶

员与停车设施之间的纽带，主要包含驾驶员、停车设施和停车信息三个要素。各要

素具有自己的属性特征，驾驶员是停车诱导服务的对象，停车设施是服务的主体

停车信息是为实现诱导服务提供的关键技术与策略，如下图所示为三者之间的相

互关系。

图一-1 停车诱导信息系统要素关系图

一.2.2 研究对象

停车诱导信息系统是通过多种信息发布形式给机动车驾驶员提供实时的停车

信息，为驾驶员提供方便快捷的停车服务，疏导停车需求，提高道路交通服务水

平，缓解因停车巡游产生交通拥挤、行驶速度缓慢等造成的道路交通压力[5]。

停车诱导信息系统的主要研究内容包括：停车诱导总体方案设计；系统的结

构与组成；系统功能、设计原则与方法；停车诱导系统建设范围；停车诱导信息

系统所需的基础数据的采集与处理的原理、方法；系统的前端和中心支撑平台的

设计；停车诱导信息发布设计；停车诱导的效益评价等内容。将停车诱导信息系

统从诱导范围上分，可将停车诱导信息系统分为停车场外部诱导和停车场内部诱

导两大部分[67]。

停车场外部诱导是指驾驶员行驶在道路上，通过设在道路上的各级停车诱导

信息板获取停车场数量、停车场位置、停车场内剩余有效泊位数等信息，从而帮助

驾驶员选择合适的停车场停放车辆的诱导过程[8]。停车场内部诱导是指驾驶员在停

车场外部诱导结束进入某一停车场后，停车场内部诱导信息系统为驾驶员分配最

第一章绪论

优的有效泊位，并诱导驾驶员迅速准确的将车辆停到所分配的最优泊位上的诱导

过程[9,10]。目前有关停车诱导的研究大部分都是在停车场外部诱导方面的研究，对

于停车场内部的诱导研究较少，但是随着城市的不断发展，现代化大型停车场不

断增多，对于停车场内部的诱导变得越来越重要。

本文的研究对象是停车场内部诱导信息系统，即主要研究驾驶员进入停车场

后如何通过场内诱导系统为驾驶员选择最优泊位、提供最优行驶路径等，从而减

少驾驶员巡游寻找泊位所消耗的时间，减少因无序巡游造成的停车场内部路段拥

堵，增加车辆在停车场内部行驶的畅通性。尤其在停车高峰时段，通过有序高效

的停车场内部诱导提高停车场的工作效率，缓解停车场出入口的交通压力，从而

减小停车场出入口所在道路的交通压力。

一.2.3 研究内容

本文的研究的基础是停车诱导信息系统，在对大量的文献进行查阅总结分析

后对停车诱导信息系统有了深入的了解，停车诱导信息系统可以分为停车场外部

诱导和停车场内部诱导两大部分，本文确定停车场内部诱导为研究方向，在结合

国内外研究现状以及对几个大型停车场进行调查后，形成了一套驾驶员驾车进入

停车场后如何诱导的初步框架图，即驾驶员驾车行驶—进入停车场—检测车辆信

息—为该车分配最优泊位—诱导驾驶员停到最优泊位。以此流程为基础可以将停

车场内部诱导的研究分为三个主要的研究方向：

首先从停车场内部诱导小区的划分入手，借鉴交通规划中对交通小区进行划

分从而分类交通元数据并系统地获取数据以及停车场外部诱导分区分级的诱导思

想，将停车场内部结构划分为若干个诱导小区。目前一些大型停车场也会对停车

场内部结构进行分区分层处理，但大部分都是静态的诱导分区，即分区是固定的

不可改变的。停车场内部结构不会发生改变，但是有效泊位的个数以及有效泊位

的布局是随着停车场内部的车辆驶入驶出不断发生变化的，考虑到这一点本文将

采用动态数据采集的方法对停车场内部结构进行动态诱导小区划分。

其次对停车场内部的最优泊位选择进行研究，若不为驾驶员分配指定泊位，

则驾驶员进入停车场后需驾车自行寻找心中满意泊位，且由于停车场内部空间小

视线差，驾驶员很难清晰的判别场内有效泊位的整体情况，从而容易导致迂回寻

找泊位的现象。文章将通过对影响有效泊位选择的各个因素进行分析，确定影响

泊位选择的重要因素，研究泊位选择的决策办法确定最优泊位。

最后对停车场内最短路径的选择进行研究，即为驾驶员提供诱导方案，选择

最短路径，诱导驾驶员驶入已分配的泊位上去。在研究最短路选择的时候要考虑

路段上的阻抗值的大小，路段阻抗值是随着停车场内部泊车行为的变化不断发生

改变的。本文将创建一种动态的路段权重值标定方法，已使得路段阻抗更符合实

际的路网情况，再以此为基础进行动态路径的选择。最后结合实际情况制定可实

施的诱导方案。

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停车场内泊位分区优化及路径诱导方法研究摘要近年来中国经济快速发展，汽车保有量迅速增加，驾车出行的需求增多与紧缺的停车空间之间的矛盾日趋尖锐，解决停车难的问题成为当代交通人越来越关注的问题。为了解决停车难的问题，近十几年我国逐步开始进行停车诱导信息系统的研究，该系统结合了先进的科学技术手段为驾驶员提供停车场、停车路线等停车需求信息，帮助驾驶员做出停车判断。该系统在北京、上海、广东等一些大城市逐渐推广应用并取得了良好的效果。从诱导的范围上分停车诱导信息系统主要分为停车场外、停车场内诱导两大部分，本文主要进行停车场内部诱导的研究。本文首先对停车场内部动态诱导小区的划分进行研究，学习借鉴交通小区划分以...

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